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預混燃燒室的NOx與未燃碳氫化合物排放性能研究

閱讀:2984      發(fā)布時間:2016-6-29
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隨著工業(yè)化程度的提高,燃氣輪機排放越來越多的污染物,對地球的危害越來越大。氣態(tài)的UHC(未燃碳氫化合物)與NOx 等破壞大氣環(huán)境,給人體和生物生長帶來嚴重危害。UHC主要是低工況下,燃燒不*產(chǎn)生的污染物。NOx 主要產(chǎn)生于燃燒主燃區(qū)高溫(或局部富氧)火焰區(qū)及下游??梢钥闯鲆霚p少NOx 排放必須要降低主燃區(qū)火焰的溫度,但是此時就會減小燃燒室燃燒強度而導致UHC的排放增加。所以如何平衡燃燒強度與NOx排放之間的矛盾就成了目前的關注焦點。通過控制預混氣中燃料的濃度能夠有效的控制火焰溫度,有利于調(diào)節(jié)燃燒器的熱負荷,抑制NOx 的生成。前人對燃料-空氣預混來降低NOx進行過很多的研究。分析出了燃料的化學性質(zhì)對CO與NOx排放的影響很小,但是燃料的物理性質(zhì)例如霧化質(zhì)量與蒸發(fā)速率對CO與NOx排放有影響。燃燒當量比φ大于0.7~0.8而小于1.1時,NOx生成量減小,φ小于0.7~0.8時,NOx生產(chǎn)量增加。在1~30bar的壓力范圍下,壓力越大,NOx排放越多。本文研究了一系列過量空氣系數(shù)(0.6-1.3)下,NOx 與UHC的排放規(guī)律。 
  1 實驗設備及方法 
  實驗系統(tǒng)由燃氣系統(tǒng)、預混系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)組成,流程圖見圖1。實驗儀器有測量丙烷和空氣的智能氣體流量計、測量火焰溫度的溫度變送器和測量煙氣成分的SV-5Q氣體分析儀。  
  燃燒室由圓柱形預混段、矩形燃燒室、尾氣收集段三部分組成。丙烷與空氣同時通入預混段,預混段中空氣經(jīng)旋流器噴出后與丙烷混合均勻進入燃燒室。在預混段出口處置有一分度為S的熱電偶,量程為0~1800℃。信號由動態(tài)數(shù)據(jù)采集卡采集、存儲、輸出。尾氣管進口置有尾氣分析儀的采樣探針,后接軟管進入SV-5Q分析儀中分析污染物濃度。實驗過量空氣系數(shù)a選擇為0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2和1.3八個值。進口丙烷與空氣均為常溫,壓力常壓。 
  2 過量空氣系數(shù)對NOx與UHC排放的影響因素分析 
  2.1 過量空氣系數(shù)對NOx排放的影響 
  過量空氣系數(shù)為0.6~1.3范圍中,NOx排放量的變化曲線如圖2所示??梢钥闯?,a=0.6時,NOx濃度較高,原因是燃料濃度過大,生成快速型NOx[2];在a=0.6~0.9范圍中,隨著燃料濃度的降低,快速型NOx產(chǎn)生量降低,由于空氣較少燃燒不充分,燃燒溫度較低,熱力型NOx[2]生成量也較少;a在0.9~1.1的范圍中NOx迅速增加,因為此時燃料與空氣接近化學當量比,燃燒的火焰溫度高,導致熱力型NOx產(chǎn)生;當a>1.1時,空氣的稀釋作用導致燃燒溫度下降,NOx濃度隨著a的增加迅速降低。  
  2.2 過量空氣系數(shù)對UHC排放的影響 
  圖3是過量空氣系數(shù)為0.6-1.3的范圍中UHC變化曲線??梢钥闯鲈诖朔秶须S著過量空氣系數(shù)不斷增加,UHC排放量呈下降趨勢。因為a=0.6時,丙烷濃度過大燃燒不*,由UHC生成機理可知未燃碳氫化合物產(chǎn)生于O2濃度過小時,所以此時UHC濃度很高。當a>1.1時,濃度下降趨于平緩。因為隨著空氣進氣量的增加,碳氫化合物燃燒開始*。  
  3 結論 
  本文通過在一套預混燃燒裝置上進行實驗,研究了過量空氣系數(shù)對NOx與UHC排放規(guī)律的影響。主要結論如下: 
 ?。?)在過量空氣系數(shù)為0.6-1.3的范圍內(nèi),NOx先降低到谷值,之后迅速增大到峰值,在a>1.1之后NOx濃度下降。在本實驗的條件下存在優(yōu)值a=0.9。 
  (2)UHC在過量空氣系數(shù)為0.6-1.3的范圍內(nèi),先劇烈下降,在a>1.1之后變化平緩。在本實驗下,對于未燃碳氫化合物優(yōu)的a的取值范圍為a>1.1。 
 ?。?)綜合圖2和圖3,在a>1.1時,NOx濃度開始下降,此時UHC濃度變化也比較平緩??梢娫诮o定進氣速度的條件下存在一個優(yōu)的過量空氣系數(shù)1.1使得NOx和UHC濃度均降到較低。 

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